JPH04103732A - 金属間化合物Ａｌ↓３Ｔｉの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は高強度で軽量であり次世代耐熱材料として期待
されている、チタン（Ｔｉ　）とアルミニウム（Ａｌ）
の金属間化合物Ａｆｆｉ−Ｔｉを純粋で、しかも多量で
安価に製造する方法に関するものである。

本発明の方法によって製造される多量の高純度のＡ　ｌ
　：ｌ　Ｔ　ｉを使用することにより、金属間化合物−
Ａｌ．Ｔｉの微粉体、大型焼結体の形成が可能となって
、新材料技術の進展に寄与し得る。これ等の成形体は軽
量で高強度であり耐熱性を兼ね備えているために、これ
等を素材として各種機器に組み込み、例えば、航空機や
宇宙関連機器、深海艇等の海洋関連機器や磁気浮上列車
等の交通関連機器等を構成する機械構造材料、ジェット
エンジンや自動車用エンジン或は発電機用タービン等に
使われるタービンブレード等高温利用動力発生装置等、
各種の応用分野に使用されることが期待されている。

（従来の技術） 金属間化合物Ａ　ｌ　３Ｔ　ｉの特質について述べると
、金属間化合物は優れた耐熱性、耐食性、および機械的
強度を有し軽量であるため、航空機、宇宙船、深海艇な
どに必要な次世代の高機能材料として期待されている。

チタン（Ｔｉ　）とアルミニウム（Ａ２）の合金である
Ａ　１　、Ｔ　ｉは、チタンとアルミニウム原子が強固
に結合した金属間化合物の中で最も比重が小さく、金属
間化合物の中でも大きな期待が寄せられている。

次世代金属間化合物としてその応用が期待されている金
属間化合物Ｔｉ５Ａ　１．　ＴｉＡ　Ｅ　、　Ａ　ｌ　
：＋Ｔｉを含むチタンとアルミニウムの合金の状態図を
第１図に示した。これにより、ＡｌｉＴｉ　　（第１図
中の２の領域）は液体（第１図中の３の領域）から直接
形成することが理解される。この化合物は一般的な合金
の製造方法である（１）純金属の製造と、（２）溶解混
合・凝固と凝固との二つの方法の組合せからなる製造方
法を適用できる。また、もう−っの一般的な金属間化合
物の製造方法である、金属粉末の焼結による方法も適用
されている。これは金属チタンとアルミニウムの微細な
粉末をチタン２５モル％、アルミニウム７５モル％の組
成になるように混合・加圧成形し、約１２２７℃以下の
温度で加熱して反応させるものである。この方法では焼
結反応速度が遅く、Ｔｉ粒子の表面に薄い膜としてＴ　
ｉ　Ａ　１などが形成されて不純物となり、チタンとア
ルミニウムのモル比が１：３の時のみ単体となり得るＡ
　ｌ　３Ｔ　ｉを純粋に取り出すことは困難である。

よって、従来のＡ　ｌ　３　Ｔ　ｉの製造方法は、先述
の（１）と（２）からなる−船釣な方法に均一化処理を
加えた複合工程からなる。第２図にその工程全体の概略
図を示した。これを工程順に説明すると次の通りである
。まず第１工程は、鉱石中に酸化物、すなわち二酸化チ
タンおよび酸化アルミニウムの形態で存在するチタンと
アルミニウムとを純粋な酸化物の形態で取り出し、それ
ぞれの製錬工程を経て金属チタンおよび金属アルミニウ
ムを得る工程である。この製錬工程はすでに確立された
産業技術を用いている。第２工程は、チタンとアルミニ
ウム金属を目標のチタン２５％、アルミニウム７５％の
組成になるよう溶解し、混合させる工程である。この方
法で得た合金液体を冷却凝固させる。

第３工程は、第１図に示したＡ　ｆ　ｘ　Ｔ　ｉ固体が
安定に存在する温度範囲、すなわち約１３５０℃以下の
温度に充分長い時間保持することによって副生成物であ
るＴｉＡｆ等を分解させ、チタンとアルミニウムの原子
の拡散混合を待ち、均一なＡｌ＋Ｔｉを合成させる工程
である。

（発明が解決しようとする課題） 以上の従来の方法では、以下に列記するいくつかの解決
すべき課題が存在していた。

（１）チタン鉱石中に存在する不純物であるアルミニウ
ム原子、およびチタン鉱石中に存在する不純物のアルミ
ニウム原子を製錬工程で除去した後、改めてチタンとア
ルミニウムの両者を混合するという非経済的な工程とな
る。

（２）金属チタンと金属アルミニウムの融点はそれぞれ
１９４３　Ｋ　（１６７０’Ｃ）および９３３　Ｋ（６
６０℃）であって極端に大きな差があり、両者を融解さ
せるには高度の技術が必要である。さらに、活性な金属
であるチタンとアルミニウムを混合するために、両者を
２０００　Ｋ　（１７２７℃）に近い高温で、かつ真空
中あるいは不活性ガス中で加熱する技術が必要である。

またこの時、アルミニウムの蒸気圧がチタンに比べ非常
に大きくなり、アルミニウムが合金液体から蒸発するた
めに、所定の組成のＡ　ｌ　ｚ　Ｔ　ｉを均一に多量に
得ることは難しい。

（３）　　Ａ　ｆ　３　Ｔ　ｉの安定温度範囲で熱処理
を行っても、完全には拡散を伴う相変態が完了せず、不
純物として未反応のＴｉ−Ａｌなどが混入しやすい。さ
らに、金属間化合物の結晶格子内部での原子の配列が乱
れたりするために、得られた金属間化合物の特性は理論
上予測されているものには及ばなかった。

（４）　　従来の製造方法では、３つのプロセスが別個
に行われるために、チタンとアルミニウムの製造、合金
液体の製造、および均一化処理に要する熱処理等にそれ
ぞれ大きな熱エネルギーと時間と費用とを要し、結果と
して高価な製造方法となっていた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記の課題を解決することにより、高強度でか
つ耐熱性・耐食性があり軽量であることから次世代材料
として期待されているチタン（Ｔｉ）とアルミニウム（
Ａ　Ｅ　）の金属間化合物Ａ　ｌ　ｙ　Ｔ　ｉを、高純
度にしかも少ないエネルギーで製造する量産型製造方法
を開発しようとしたものである。

本発明は、以下の製造原理、各々の方法の最適な適用条
件についての詳細を解明し発明したＡｆｆｉｓＴｉを多
量に製造する方法に関するものである。具体的には、 （１）酸化物である二酸化チタンと酸化アルミニウムを
配合することにより、チタンとアルミニウムがＡ　ｌ　
３　Ｔ　ｉの所定の原子分率になる組成の酸化物混合体
を作り、チタンとアルミニウムの原子を可能な限り微細
かつ均一に配合させる第１工程と、 （２）　　この酸化物混合体に１０２３に〜１４７３　
Ｋ　（７５０〜１２００’Ｃ）の温度範囲の高温下でカ
ルシウム（Ｃａ　）または水素化カルシウム（Ｃａ　Ｈ
ｚ　）を作用させて還元する第２工程と、 （３）合成された金属間化合物Ａ　ｌ　３　Ｔ　ｉがら
、副成するＣａＯおよびＣａ−Ａ４２合金を溶解除去し
、金属間化合物ＡｌｚＴｉのみを純粋に取り出す第３工
程とより成ることを特徴とする金属間化合物Ａ／２．Ｔ
ｔの製造方法である。

本発明は金属間化合物Ａ　ｌ　３　Ｔ　ｆの製造方法と
して、 （１）Ｔｉ　とＡｆ原子の微細混合、 （２）Ｔｉ　と／ｌ原子の相互拡散の促進、および（３
）　　Ａ　Ｉ！、　３　Ｔ　ｉ結晶の均一化、（４）不
純物除去、 等の相乗効果の結果としてＡ　Ｉ！　３　Ｔ　ｉの合成
が安価に量産可能になるとの指針を得、鋭意研究の結果
、上述のような３つの工程の組合せに基づく製造方法を
発明するに至った。

上述の本発明の製造方法において、第１工程では、混合
した二酸化チタン（ＴｉＯ□）と酸化アルミニウム（Ａ
　ｊ２ｚ　Ｏｘ　）のチタンとアルミニウムの原子を可
能な限り微細に粉砕し、これにより均一に混合すること
が重要である。

第２工程は、この酸化物混合体に１０２３　Ｋ〜１４７
３Ｋ　（７５０℃〜１２００℃）の温度範囲の高温下で
カルシウム（Ｃａ　）又は水素化カルシウム（ＣａＨ２
）を作用させて還元するものであるが、この還元の過程
において、チタンおよびアルミニウム原子と結合してい
る酸素を、　Ｃａによって切り放すと同時に、Ｔｉ　と
Ａｎの結合を促進させる。この結果、粉末状の金属間化
合物Ａ　ｌ　３　Ｔ　ｉが酸化カルシウム（Ｃａｂ）お
よびＣａ−Ａｆ金合金ともに合成される。

第３工程では副生したＣａｂ、Ｃａ−−Ａｌ合金を還元
除去するものである。

（作　用） 本発明によると、チタンとアルミニウムの金属間化合物
Ａ　ｌ　３　Ｔ　ｉの単体を高純度でしかも、多量生産
で安価で粉末状または塊状で得られる。本発明による金
属間化合物Ａｆｆｉ３Ｔｔの単体粉末を粉末冶金法に適
用することによって、切削溶接加工が少なくて済む製品
形状に近い大型焼結体を形成し、各種装置として構造物
に直接組み込める。

また焼結体は、スパッタリングや真空蒸着のターゲット
材料にも使用でき、各種の構造物の表面処理を行い、耐
熱性を高め、機械強度を向上させることができる。

（実施例） 本発明の方法を、以下に示す実施例に基づいて説明する
。

本発明によるＡ　ｆ　３　Ｔ　ｉの製造方法は、鉱石や
スクラップ等より種々の方法で抽出された二酸化チタン
（Ｔ　ｉ　Ｏ□）と酸化アルミニウム（Ａ２□０３）を
出発原料にする。これ等は一般に粒状、粉末状で入手で
き容易に微粉末にすることができる。これ等をＴｉ　と
Ａ２のモル比が１／３あるし）（ま１／３より小さい値
になるよう秤量し混合する。この混合比は後述の還元剤
の量と共に、最終約６こ得られる金属間化合物Ａ　Ｅ　
ｘ　Ｔ　ｉに含有される不純物に影響する。

一般に乳鉢やボールミル等で充分に混ぜ合わせて酸化物
混合体を得る。粒状、塊状の出発原料を用いた場合は充
分混合粉砕し、微粉末にする。このようにして酸化物混
合体を得る。

なお、上述の酸化物混合体を得る方法としてしよ、本発
明者の一部が別に特許を申請してし）るｒＴｉ、Ａｌの
製造方法」　（特願平１−４３５７６６号）と同様に■
　ＴｉＯ□とＡｆｚＣｈとを融解混合し、冷却しても酸
化物混合体を得ることができ、また■　水溶液を利用し
た酸化物の混合も可能である。

しかし■の方法では高温加熱を必要とし経済上好ましく
なく、■の方法をとる場合は、Ｔ　ｉ　３Ａ　４２の製
造方法に比べて、水酸化アルミニウム・ゲルの生成量が
多くなるため、水酸化物の混合体の体積が大きく脱水処
理等に多くの困難をイ半つた。従って、最も簡便な操作
で熱エネルギーも他の試薬も不要で混合できる機械的な
酸化物混合体を以下の工程に用いるのが経済上望ましい
ものと判断される。

上記の酸化物混合体を１０２３　Ｋ〜１４７３　Ｋ　（
７５０℃〜１２００℃）の温度範囲に加熱し、この高温
下でカルシウム（Ｃａ）または水素化カルシウム（Ｃａ
　Ｈｚ　）を作用させて還元する。ここで還元剤として
ＣａまたはＣａＨｚを用いたのは、特に酸素と強い親和
力を持つＴｉおよびＡｌを還元するためである。

従って空気中の酸素および試料中の水分による還元剤の
消耗を防止するためと、窒素によるチタン窒化物の形成
を防止するために、酸化物混合体と還元剤とを内蔵して
いる反応容器は、あらかしめ脱気し、真空としておくか
、不活性ガスを導入する。このように酸化物混合体と還
元剤は高温での反応中に大気が混入しないような密封さ
れた容器に閉じ込めるか、あるいは大気混入を避ける施
策が必要である。

ここでは金属カルシウム（Ｃａ　）を還元剤とし、密封
容器を使用した場合を例に取って説明する。

密封容器内の化学反応は以下のようである。１０２３Ｋ
　〜１４７３　Ｋ　（７５０℃〜１２００℃）の下では
Ｃａは液体となって蒸気を発生し、容器内にその飽和１
気が充満する。このＣａ蒸気は、Ｔｉ○２＋Ａ２□０３
の混合粉体に作用してこれらをＴｉ−−Ａｌ合金にまで
還元し、自らは酸化カルシウム（Ｃａｂ）の固体に変化
して合金粒子の周囲に堆積する。これを化学反応式で表
すと（１）式となる。

２ＴｉＯｚ　＋３ＡＪｈＯｚ　＋１３Ｃａ　（ｇａｓ）
　→［２Ｔｉ　・６　Ａ　１１＋１３ＣａＯ−（１）上
記の化学反応における合金、すなわち［２Ｔｉ・６Ａｆ
ｆｉｌ　は、粉末Ｘ線回折測定の解析結果によれば、Ａ
　１２　ｚ　Ｔ　ｉの形の化合物である。すなわち、上
記の還元反応と同時に次式で示される化合物の形成反応
が進行している。

［２Ｔｉ・６Ａｌ）→２　Ａ　１３　Ｔ　ｉ　　　・・
・（２）しかしながら、還元剤であるＣａが還元に必要
な量以上に過剰に存在するときは、このＣａが次の化学
反応によりＣａ　Ａ　ｆ！　２を副生成する可能性があ
る。

［２Ｔｉ・　６Ａｆｌ　　＋Ｃａ　　→２　Ａ　４２２
Ｔ　ｉ　　＋　ＣａＡ　ｌ　ｚ　　　−（３）あるいは
過剰量に応じて ［２Ｔｉ　・６ＡＡ］　＋２　Ｃａ　→２　Ｔ　ｉＡ　
Ｐ、＋２　ＣａＡ　ｊ２　ｚ　　・”（４）等の副反応
が生じる可能性もある。第１図のＣａＡｆ合金の状態図
によれば本工程の反応温度ではＣａ−−Ａｌ合金の一部
は液体状態にもなりうる。

化合物Ｃａ−Ａｌ．ｚあるいは液体Ｃａ−Ａ４２合金は
後述の湿式１程で除去することが可能であるが、同時に
副生じたＡ　ｌ　２　Ｔ　ｉやＴｉＡｌ等の金属間化合
物は除去が困難であり、本性によるＡ　Ａ　３Ｔ　ｉ粉
末の単相合成に関しては上記の副反応は望ましいもので
はない。従って酸化物混合体のＴｉ／Ａｆ！−のモル比
を厳密に１／３に設定し、還元に必要な当量のＣａだけ
を上記（１）、　（２）の反応に用いるのが、物質収支
上、最も望ましい。

以上説明した反応はＣａの蒸気を利用したものである。

本発明による化学反応は、Ｃａの気体状態を用いずに、
固体状態あるいは液体状態を用いてもよい。またＣａと
同様の還元作用を持つＣａＨ２を使用してもよい。Ｃａ
Ｈｚを還元剤として用いた場合の、化学反応式を以下に
示す。

２　Ｔｉ０ｚ＋　３　Ａ　１ｚＯｙ　　＋１３ＣａＨｚ
　　−［２Ｔｉ　・６　Ａ　ｌ）　　＋１３ＣａＯ＋１
３Ｈ２−（５）［２Ｔｉ・　６Ａｆｌ　　Ｉ２　Ａ　Ａ
　ｘ　Ｔ　ｉ　　　　　　・・・（６）Ｃａ　ＨｚＯ熱
分解によって発生する水素ガス（Ｈ２）は熱力学理論上
、Ａｆｆ２０３の還元にはまったく寄与し得ないが、Ｔ
ｉＯ□の還元には一部寄与し得る。しかしながらＨ２の
みでは、理論的に反応が進行したとしても、ＴｉＯ□は
Ｔｉ２Ｏ３までしか還元されず、金属状態のチタンを得
ることはできない。また、Ｃａ　Ｈｚの一部は還元温度
で熱分解して金属カルシウムとなり還元作用を示す。こ
れら二点を考慮して、上記の反応式（５）、　（６）％
式％ 以上の考え方に基づく合成反応の実施例を以下に示す。

還元反応を完全に実施させるためには、還元剤と酸化物
混合体を内蔵する反応容器の密閉性を高めることが必要
、かつ重要であり、特に留意する必要がある。

密閉するためには空気を排気した後、ステンレス容器を
溶接等の接合の方法によって外気と遮断する方法が一般
的であり、本発明に対してもこの方法を用いることがで
きる。しかしながら、この方法では還元反応終了後に容
器内部の試料等を取り出すためには容器を破壊しなけれ
ばならない。

したがって、ステンレス容器の再利用を目的として、本
発明では、先述の特願平１−２３５７６６号で記載した
反応装置を使用することができる。

酸化物混合体約３．０ｇをモリブデン製の受皿に乗せ、
Ｃａは酸化物と直接接触させないよう隔離してステンレ
ス製の容器内に設置した。ステンレス製の容器内の大気
をアルゴンガスで置換後加熱し、容器を７５０℃〜１２
００℃の温度範囲で、１時間ないし７２時間程度保持し
た後冷却した。

上記の化学反応（還元反応）の結果得られた粉末は、粉
末Ｘ線回折測定の結果、次のような物質からなっていた
。還元剤としてカルシウムを用いた場合、酸化カルシウ
ム（Ｃａｂ）　、Ｃａ−Ａｆｆｉ合金、金属間化合物Ａ
　１３Ｔｉ　、および未反応のカルシウムであった。ま
た還元剤として水素化カルシウム（Ｃａ　Ｈｚ　）を用
いた場合、ＣａＯ，Ｃａ−−Ａｌ合金、ＡｌｚＴｉ　、
および未反応のＣａＨ２とそれが熱分解した金属カルシ
ウムであった。

したがって、上記の化学反応（還元反応）によって得ら
れた粉末から金属間化合物Ａ　Ｉ２３　Ｔ　ｉのみを取
り出す精製のために湿式分離を行なった。

酸性水溶液に得られた粉末を投入し、Ｃａｂ、Ｃａ−Ａ
ｆ金合金金属カルシウムおよびＣａＨｚを溶解分離し、
化合物粉末に精製し回収した。

ここで精製のための湿式分離試薬として、金属カルシウ
ム、または水素化カルシウム（ＣａＨ２）、および酸化
カルシウム（Ｃａｂ）の分離には、工業的には第１段階
の処理として水の使用が有効である。しかしながら、水
のみでは完全な除去精製が不可能であるために、第１段
階の処理として、水で大まかな湿式分離を行った後、さ
らに第２段階の処理として以上に説明したように残留す
る不純物を除去する必要がある。このためには鉱酸の他
、酢酸やシュウ酸等の有機酸も使用が可能である。Ｃａ
Ｏの分離には上記の酸性水溶液の他に塩化アンモニウム
水溶液、アンモニウム塩水溶液やショ糖水溶液等の使用
が可能である。普通、鉱酸例えば塩酸の希薄水溶液は入
手し易く安価であるため経済上好ましい。

また、精製のための湿式分離にあたり、水溶液に機械的
な撹拌ないしは超音波振動を加え、さらに約６０℃（３
３３Ｋ）に加熱すると、精製が効果的に行われ湿式分離
時間を短縮できるほか、不純物の混入も低減される。精
製用の水溶液に不活性ガス例えばアルゴンガスを吹き込
むと水溶液中の溶存酸素量が低減され、金属間化合物Ａ
　４２３　Ｔ　ｉ粉末に付着する酸素が減少し、より高
純度な化合物を得ることができる。湿式分離中に水溶液
にガスを吹き込むと水溶液が撹拌されるために精製が効
率よく行われるのが好ましい。

以上の製造方法の概念にしたがって、酸化物混合体のＴ
ｉ／Ａｆのモル比を２５／７５　（−１Ｉ３　）にし、
水素化カルシウムにより還元合成反応を生しさせ、湿式
分Ｍ試薬として酢酸水溶液を用いて精製した粉体に対し
、粉末Ｘ線回折測定を行った結果を第１表に示した。第
１表は水素化カルシウム（ＣａＨｚ　）によって、Ｔｉ
／Ａｌのモル比が２５／７５である酸化物混合体を還元
し、得られた粉末を酢酸水溶液で洗浄した試料の粉末Ｘ
線回折測定結果で試料中に含まれる物質名を列記してあ
る。

出発原料の酸化物はすべて金属状態にまで還元され、第
１表に示したように金属間化合物Ａ　ｌ　、　Ｔ　ｉが
合成されていた。

しかし、Ｔｉ−Ａｌ系に存在する他の金属間化合物であ
るＡ　Ｉ　Ｚ　Ｔ　ｉあるいはＴｉＡ４２が共存し、こ
れ等の不純物は湿式処理によって取り除けなかった。ま
た、洗浄が不充分であったときにはわずかな量ではあっ
たが、ＣａＡｌ□の存在が認められた。第１表に示した
ように還元合成反応の温度、時間を変えても上記の傾向
は変わらず、不純物の混入が生じた。

上記で述べた不純物の混入の原因について、以下に述べ
る。

以上の製造方法による場合、還元合成反応の際、わずか
でも還元剤が反応容器より漏れると金属間化合物Ａ　！
！、３　Ｔ　ｉ以外に酸化アルミニウムや、酸化チタン
（ＴｉＯ）等の不純物が混入した。したがって、出発試
料の還元に必要な等量の還元剤の量に加え、通常若干量
の余分の還元剤を反応容器内の脱酸素剤として使用した
。また、反応容器のシール剤としてカルシウムを使用す
ると、これも還元には余分の還元剤となる。還元剤が反
応容器から漏洩する量を正確に見積もり、それに相当の
還元剤を余分に挿入しておくことが望ましいが、その漏
洩量の評価は困難である場合が多い。

反応容器内にカルシウムが過剰に存在し、出発原料のＴ
　ｉ　／　Ａ　ｌのモル比が１／３の場合、−旦合成さ
れたＡ　１２３　Ｔ　ｓに過剰のカルシウムが作用し、 ２　ＡｆｚＴｉ　　＋Ｃａ　　→２　ＡｌｚＴｉ　　＋
ＣａＡｌｚ・・・・・・　（７） Ａｌ＋Ｔｉ　＋Ｃａ　−＋ＴｉＡｆ＋ＣａＡｎｚ　−（
８）なる反応が生じるためである。Ａ　Ｉ２３　Ｔ　ｉ
に混入したＡｌｚＴｉ　９ＴｉＡ４２は湿式１程では除
去が困難であり、本性によって製造したＡ　ｌ　３Ｔ　
ｉの特質を劣化させる。

上記で述べた副反応によるＡ　ｌ　ｚ　Ｔ　ｉやＴｉＡ
ｊ！の混入を防止するため、次の方法をとる。すなわち
、出発原料のＴ　ｉ　／　Ａ　ｌのモル比を１／３より
も小さくし、本製造方法に使用するカルシウム成分量を
次式によって定める。

出発酸化物混合体中に含まれる金属アルミニウム原子の
モル数をＡ、出発酸化物混合体中に含まれる金属チタン
原子のモル数をＢ、反応容器中の還元剤として作用し得
る金属カルシウム原子のモル数をＣとする。

Ａ≧３Ｂ　　　　　　　　・・・・・・・・・　（９）
Ｃ上３／２Ａ＋２Ｂ　　・・・・・・・・・　００）Ｃ
≦２Ａ＋１／２Ｂ　　・・・・・・・・・　０１）（９
）〜（ＩＩＪ弐を同時に満足するよう、還元剤およびシ
ール剤中に含まれる金属カルシウム量を調節すると、Ａ
ｆ３ＴｉよりもＴｉ含有量の多いＡｊｌ！ｚＴｉやＴｉ
−Ａｌ等の金属間化合物が、不純物として本性で得られ
るＡ　ｌ　！　Ｔ　ｉ中に含有されることはない。なお
、上式のうち（９）式は　Ｔｉ　とＡｆの比を１／３よ
りも小さくするための条件であり、００）式はＴ　ｉ　
Ｏ２およびＡｆ２０．をそれぞれ金属チタン、金属アル
ミニウムに還　元するための条件であり、０１）式は合
成された　Ａ　ｌ　：ｌ　Ｔ　ｉに必要なアルミニウム
原子以外のアルミニウムが、金属アルミニウムまたは化
合物ＣａＡｌｚとして存在するに必要な条件である。

上記の三つの制約条件を満足するよう製造条件を制御す
ることは、簡便であり実用性が高い。

酸化物混合体のＴｉ／Ａｆのモル比を理論量である２５
／７５　（＝　１　／３　）にし、還元合成反応の際、
還元剤が反応容器より全くもれないようにする条件は、
（９）弐と００式における等号を同時に成立させること
に相当し、この条件は第（４）項で述べたように実用上
困難である。

上記の三つの制約条件の妥当性を検討するため、行った
実験結果を第２表に示した。

第２表は水素化カルシウム（ＣａＨｚ　）によって、酸
化物混合体を１０００℃（１２７３Ｋ）で１０．８ｋｓ
還元し、得られた粉末を酢酸水溶液で洗浄した試料の粉
末Ｘ線回折測定結果で試料中に含まれる物質名を列記し
てある。

第２表は、酸化物混合体を水素化カルシウムで還元し、
酢酸水溶液で洗浄した粉体に対し、粉末Ｘ線回折測定を
行った結果を示したものである。

第２表に示したすべての試料は００）式の不等号を満足
するよう、還元に必要な当量のカルシウム成分に加え過
剰量の水素化カルシウムを使用した。

００式の制限を越えて還元剤を増量した場合、あるいは
（９）式の制限を越えて酸化物混合体中のチタン原子の
量を増やした場合は、第２表に示すようにＡ　Ｒ，ｚ　
Ｔ　ｉまたはＴｉＡｆがＡ　ｌ　３　Ｔ　ｉに混じった
粉末が得られた。特に反応時間を長くした場合は、不純
物の量が増加する傾向が認められた。

三つの制約条件を全て満足するように酸化物混合体の組
成・量と還元剤の量を調整し、本発明による還元合成反
応を作動させた一例は、酸化物混合体中のＴ　ｉ　／　
Ａ　ｌのモル比を１５／８５とし、Ｃａ　Ｈｚを還元剤
として使用し、１０００℃（１２７３Ｋ）でｌ００８ｋ
ｓ反応させた場合である。

この試料について粉末Ｘ線回折測定を行った結果を第３
図（ａ）に示した。第３図（ｂ）には報告されている金
属間化合物Ａ　ｌ　３Ｔ　ｉの参照図形を示してある。

第３図（ａ）から本発明の製造方法で作製された粉末の
測定結果は参照図形のみで説明できる。したがって、本
試料は不純物の混入のない金属間化合物Ａ　ｊ２３Ｔ　
ｉ単体からなっていることがわかる。この金属間化合物
Ａ　１　：ｌ　Ｔ　ｉ粉末の走査型電子顕微鏡観察結果
を第４図に示した。

数ミクロンないし十数ミクロン程度の丸みを帯びた粉末
状で、粒子の一部分でほかの粒子と接触している。

二１１月」斐 以上に説明した工程全体の概略を第５図にまとめて示し
た。これを工程順に説明すると次の通りである。

第１工程　酸化物粉末の均質混合 二酸化チタン（Ｔ　ｉ　Ｏｚ　）と酸化アルミニウム（
ＡｌｚＯ３）を出発原料にする。これ等をするように秤
量し、乳鉢あるいはボールミル等で充分混合し、均質な
酸化物混合体を得る。この工程は第５図に示した工程以
外に、本発明者の一部が別に特許を申請している’Ｔｉ
３Ａｆの製造方法」（特願平１−２３５７６６号）に記
載の酸化物粉末の均質混合工程を使用することができる
。いずれにおいても、酸化物混合体中におけるアルミニ
ウム原子のモル数をＡ、チタン原子のモル数をＢとする
とＡ≧３Ｂの関係を満たすように組成を調整する。

第２工程　還　元 酸化物混合体をカルシウムまたは水素化カルシウムで還
元し、還元粉末を得る工程である。還元剤中の有効成分
である金属カルシウムのモル数をＣとすると、Ｃは（３
／２）Ａ＋２Ｂより大きくないと還元反応が完結せず、
Ｃが２Ａ＋　（１／２）Ｂより小さくないとＡ　Ｉ！、
　ｚ　Ｔ　ｉやＴ　ｉ　Ａ　１等のＡＩ！、３Ｔｉに対
しては不純物となる化合物が副生成する。還元合成反応
の温度は、還元剤が実用上充分な反応速度で作用し得る
７５０℃〜Ｉ２００℃の温度範囲である。

第３工程　精　製 還元粉末を水、塩化アンモニウム水溶液、または希塩酸
等の酸性水溶液で洗浄し、酸化カルシウム、Ｃａ−−Ａ
ｌ合金および未反応のカルシウム、水素化カルシウムを
溶解分離し、精製した高純度の金属間化合物Ａ　１３　
Ｔ　ｉの粉末を得る工程である。

（発明の効果） 本発明による金属間化合物Ａ　Ｅ　３　Ｔ　ｉを組み込
んだ各種製品は軽量で優れた耐熱性、耐食性、高い機械
強度を有しており製品価格が安い。金属間化合物Ａ　ｌ
　３　Ｔ　ｉを組み込んだ各種製品、例えば航空機や宇
宙船関連機器や深海艇等の海洋関連機器や磁気浮上列車
等の交通関連機器等を構成する機械構造製品、ジェット
エンジンや自動車用エンジンや発電機用タービン等に使
われるタービンフレード等高温利用動力発生装置等に使
用され、本発明はこれ等を安価に提供できる工業上天な
る利益がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はチタンとアルミニウムの合金状態図、第２図は
従来の金属間化合物Ａｆ！３Ｔｉの製造工程の模式図、 第３図は水素化カルシウム（ＣａＨ２）によって１００
０℃（１２７３Ｋ）で１０．８ｋｓの時間還元した粉末
を酢酸水溶液で洗浄し、不純物を除去した試料に対する
粉末Ｘ線回折測定結果（ａ）と金属間化合物Ａ　Ｉ！、
３　Ｔ　ｉの参照図形（ｂ）で、酸化物混合体中のＴｉ
／Ａｆのモル比は１５／８５であり、測定に用いたＸ線
は銅のにα、線で、（ｂ）はＪＣＰＤＳカード番号３７
−１４４９により計算したものを表した図、 第４図は水素化カルシウム（ＣａＨｚ　）によって１０
００℃（１２７３Ｋ）でｉｏ、８ｋｓの時間還元した粉
末を酢酸水溶液で洗浄し、酸化物混合体中のＴ　ｉ　／
　Ａ　ｌのモル比が１５／８５である不純物を除去した
金属間化合物Ａ　１．　ｆｆＴ　ｉの走査型電子顕微鏡
写真、 第５図は本発明の製造方法を示した概略図である。 ■・・・金属間化合物Ｔ　ｉ　Ａ　ｌが存在する範囲２
・・・金属間化合物ＡｌｓＴｉが存在する範囲３・・・
合金液体が存在する範囲 ４・・・金属間化合物Ｔ　ｉ　：＋　Ａ、　１２が存在
する範囲５・・・β Ｔｉ が存在する範囲 ６・・・α−Ｔｉ が存在する範囲

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化物である二酸化チタン（ＴｉＯ＿２）と酸化ア
   ルミニウム（Ａｌ＿２Ｏ＿３）を、ＴｉとＡｌの組成が
   金属間化合物Ａｌ＿３Ｔｉの組成になるか、それよりも
   アルミニウムが多い組成になるように配合し混合した酸
   化物混合体を、チタンとアルミニウムの原子を可能な限
   り微粉細して均一に混合する第１工程と、 この酸化物混合体に７５０〜１２００℃の温度範囲の高
   温下でカルシウム（Ｃａ）または水素化カルシウム（Ｃ
   ａＨ＿２）を作用させて還元する第２工程と、 合成された金属間化合物Ａｌ＿３Ｔｉから、副成するＣ
   ａＯおよびＣａＡｌ＿２またはＣａ−Ａｌ合金を、水、
   または酸性水溶液、塩化アンモニウム水溶液より選ばれ
   た何れかの溶剤で溶解除去し、金属間化合物Ａｌ＿３Ｔ
   ｉのみを純粋に取り出す第３工程とより成ることを特徴
   とする金属間化合物Ａｌ＿３Ｔｉの製造方法。